4.5牛顿运动定律的应用（原卷版）-2025年高一物理同步培优讲练（人教版必修第一册）

4.5牛顿运动定律的应用一、动力学两类基本问题1、两类问题（2）2、动力学问题的解题思路3、两类分析——两个桥梁——加速度是联系运动和力的桥梁；速度是各物理过程间相互联系的桥梁4、注意问题：（2）（3）（4）二、动力学的临界问题1、临界问题：4、解题关键：三、多过程问题的分析与求解1、多过程问题的分析方法题型1根据受力情况确定运动情况（2023秋•朝阳期末）如图所示，一个滑雪场的滑雪赛道由一个斜坡直滑道和水平直滑道组成，斜坡滑道的倾角θ＝37°，斜坡滑道和水平滑道平滑连接。一个滑雪运动员从距离斜坡滑道底部100m处由静止开始下滑，经过斜坡滑道底部后在水平滑道上减速至停止。运动过程中运动员仅受重力、支持力和摩擦力，滑雪板与滑道的动摩擦因数恒为μ＝0.125，不计运动员在斜坡滑道与水平滑道连接处的速率损失，水平滑道足够长，重力加速度g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8。求：（结果可保留根号）（1）运动员滑到斜坡滑道底部时的速度大小。（2）运动员在水平滑道上滑行的位移大小。（3）运动员从开始下滑到停下来经历的时间。（1）根据牛顿第二定律求加速度再根据位移公式求滑到斜坡滑道底部时的速度；（2）根据牛顿第二定律求加速度再根据位移公式求水平滑道上滑行的位移；（3）根据速度—时间公式求滑道上运动的时间、水平滑道上运动的时间再计算运动员从开始下滑到停下来经历的总时间。（2022秋•咸阳期末）冰库工作人员在水平面移动冰块时，冰块先在工作人员斜向上拉力作用下运动一段距离，然后放手让冰块向前滑动一段距离达到运送冰块的目的。其工作原理可简化为如图所示，设冰块质量为M＝60kg，冰块与滑道间动摩擦因数μ＝0.3。某次拉冰块时，工人从滑道前端用与水平方向成53°角向上、大小F＝500N的力拉冰块（初速度可视为零）向前匀加速前进4.5m后放手，冰块到达滑道末端时速度恰好为零，已知sin53°＝0.8，cos53°＝0.6，g＝10m/s2，求：（1）工人放手时冰块的速度大小；（2）滑道的长度；（3）冰块在滑道上运动的总时间。（2022秋•信阳期末）如图所示，光滑斜面AB与一粗糙水平面BC连接，斜面倾角θ＝30°，质量m＝2kg的物体置于水平面上的D点，DB间的距离d＝7m，物体与水平面间的动摩擦因数μ＝0.2，将一水平向左的恒力F＝8N作用在该物体上，t＝2s后撤去该力，不考虑物体经过B点时的速度损失，求：（1）撤去F时，物体的速度是多少？（2）撤去拉力F后，经过多长时间物体第二次经过B点？（g取10m/s2）题型2根据运动情况确定受力情况（2023秋•西城区期末）如图所示，质量为1kg、横截面为直角三角形的物体ABC在竖直墙壁上，受到垂直于斜面BC斜向右上方的推力的作用，从静止开始沿墙壁向上做加速度大小为1m/s2的匀加速直线运动。其中θ＝37°，物体与墙壁间的动摩擦因数μ＝0.5，g取10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8。求：（1）1s末物体的位移大小；（2）推力F的大小；（3）物体受到墙壁的支持力大小。（1）根据位移—时间公式可求出位移；（2）通过受力分析结合牛顿第二定律可求出推力大小；（3）根据正交分解求出支持力大小。（2023秋•黄埔区校级期末）如图，四人双桨赛艇比赛中，运动员用双桨同步划水使赛艇沿直线运动。运动员每次动作分为划水和空中运桨两个阶段。假设单个运动员划桨提供的动力为F0＝250N，划水和空中运桨用时分别为t1＝0.8s和t2＝0.6s，赛艇（含运动员、双桨）的总质量为M＝300kg，受到的阻力恒定f＝400N。若运动员划艇最大速度可达v＝5.4m/s。在两次常规训练中，一次是四个运动员同时划桨，另一次是两个运动员为一组划桨，并且当一组运动员划桨结束时，另一组立马开始划桨，使划艇始终处于划桨状态。训练从静止出发，试通过计算分析两次训练，哪种更容易达到最大速度。（2022秋•徐汇区校级期末）我国3名航天员搭乘神舟十三号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆。在着陆阶段，主降落伞打开后主降落伞和返回舱的运动过程简化如下：阶段Ⅰ，主降落伞和返回舱沿竖直方向减速下降：阶段Ⅱ，以速度v0匀速下降；阶段Ⅲ，当返回舱离地面h高时，返回舱的反推发动机启动，返回舱沿竖直方向匀减速下降，着地前瞬间速度恰好为零。已知上述过程中，主降落伞受到空气阻力大小与其速度大小成正比，忽略其他阻力，主降落伞质量不计，返回舱（含航天员）总质量为m，重力加速度为g。（1）在阶段Ⅰ中，当主降落伞和返回舱的速度大小为v1时，求它们的加速度大小；（2）若连接降落伞与返回舱间的n根等长轻绳均匀分布，轻绳与竖直方向的夹角均为θ，求阶段Ⅱ中每根轻绳的拉力大小；（3）在阶段Ⅲ中，若在反推发动机启动后，降落伞与返回舱之间的轻绳处于松弛状态，求反推发动机产生恒定大小的推力。（4）定性画出三个阶段的v﹣t图。题型3多过程问题分析（2023秋•杭州期中）滑草运动受人们喜爱。如图，某滑草滑道由AB、BC两段不同的草皮组成，滑道AB为倾斜直轨道，滑道BC为水平直轨道，两滑道在B点平滑连接。小陈同学乘坐滑草车从A点由静止开始沿滑道自由下滑，最后停在C点，整个滑行过程用时15s，已知滑道AB和BC分别长L1＝80m、L2＝40m，小陈与滑草车的总质量m＝60kg，倾斜滑道与水平面夹角α＝37°，滑草车在AB和BC段的运动均可视为匀变速直线运动，滑草车通过B点前后速度大小不变。（sin37°＝0.6，g＝10m/s2）。求：（1）小陈和滑草车在滑行过程中的最大速度vm；（2）小陈和滑草车在AB段滑行的时间t1；（3）小陈和滑草车在AB段滑行受到的平均阻力Ff的大小。（1）小陈和滑草车在AB段做匀加速直线运动，在B点速度达到最大，利用平均速度公求解；（2）在BC段做匀减速直线运动，最后停在C点，利用平均速度公求解；（3）由运动学公式结合牛顿第二定律可解。（2023秋•静安区校级期末）滑沙游戏中，游戏者从沙坡顶部坐滑沙车呼啸滑下。为了安全，滑沙车上通常装有刹车手柄，游客可以通过操纵刹车手柄对滑沙车施加一个与车运动方向相反的制动力F，从而控制车速。为便于研究，作如下简化：游客从顶端A点由静止滑下8s后，操纵刹车手柄使滑沙车摩擦变大匀速下滑至底端B点，在水平沙子滑道上继续滑行直至停止。已知游客和滑沙车的总质量m＝70kg，倾斜滑道AB长LAB＝128m，倾角θ＝37°，滑沙车底部与沙面间的动摩擦因数μ＝0.5。重力加速度g取10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，不计空气阻力。（1）在图上画出游客开始下滑时的受力示意图；（2）游客开始下滑时运动的加速度；（3）游客匀速下滑时的速度大小；（4）游客匀速下滑的时间；（5）斜面上匀速下滑的制动力大小。（6）若游客在水平滑道BC段的最大滑行距离为16m，则他在此段滑行时，需对滑沙车施加多大的水平制动力？（B处有一极小的圆弧可使滑沙车自动改变运动方向。）【基础强化】（2023秋•海淀区期末）如图所示，一小球自空中自由落下，与正下方的直立轻质弹簧接触，直至速度为零的过程中，关于小球运动状态的下列几种描述中，正确的是（）A．接触后，小球做减速运动，直到速度减为零 B．接触后，小球先做加速运动，后做减速运动，其加速度一直增大 C．接触后，小球速度最大的地方就是加速度等于零的地方 D．接触后，加速度为零的地方也是弹簧被压缩最大之处在冰壶比赛中，运动员把冰壶沿水平方向投出，在不与其他冰壶碰撞的情况下，冰壶最终停在远处的某个位置。冰壶与冰面间的动摩擦因数μ1＝0.02，比赛中运动员以大小v0＝3.6m/s的速度将冰壶投出，其队友在冰壶滑行前方距投出位置x0＝10m处开始摩擦冰面，若摩擦冰面的距离l＝9m，摩擦后冰壶和冰面间的动摩擦因数变为原来的90%，则下列说法正确的是（）A．若队友不摩擦冰面，则冰壶可自由滑行64.8m B．若队友不摩擦冰面，则冰壶可自由滑行的时间为9s C．冰壶实际滑行的距离为33.4m D．冰壶实际运动的时间为17s（2023秋•潍坊月考）如图所示，倾角为37°的斜面固定在水平桌面上，上表面光滑。质量为1kg的小滑块位于斜面底端，对滑块施加一个与斜面夹角为37°的拉力F，使其由静止开始运动，1s后撤掉F，再经1s滑块返回出发点，重力加速度大小取g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，则F的大小为（）A．8N B．10N C．12N D．15N（2023春•黔西南州期末）如图所示，小车内一根轻质弹簧沿竖直方向和一条与竖直方向成α角的细绳拴接一小球。当小车和小球相对静止，一起在水平面上运动时，下列说法正确的是（）A．细绳一定对小球有拉力的作用 B．细绳不一定对小球有拉力的作用，轻弹簧对小球也不一定有弹力 C．细绳不一定对小球有拉力的作用，但是轻弹簧对小球一定有弹力 D．轻弹簧一定对小球有弹力的作用为使雨水尽快离开房屋的屋顶面，屋顶的倾角设计必须合理。某房屋示意图如图所示，设屋顶面光滑，倾角为θ，雨水由静止开始沿屋顶面向下流动，则理想的倾角θ为（）A．30° B．45° C．60° D．75°如图甲所示，滑块以一定的初速度冲上一倾角θ＝37°的足够长的固定斜面，滑块上滑过程的v﹣t图像如图乙，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，g＝10m/s2。则下列说法正确的是（）A．木块上滑过程中的加速度大小是6m/s2 B．木块与斜面间的动摩擦因数μ＝0.5 C．木块经2s返回出发点 D．木块回到出发点时的速度大小v＝2m/s（2022•重庆）如图所示，吸附在竖直玻璃上质量为m的擦窗工具，在竖直平面内受重力、拉力和摩擦力（图中未画出摩擦力）的共同作用做匀速直线运动。若拉力大小与重力大小相等，方向水平向右，重力加速度为g，则擦窗工具所受摩擦力（）A．大小等于mg B．大小等于2mg C．方向竖直向上 D．方向水平向左【素养提升】（2024•阆中市校级一模）如图所示，小车内有一小球被轻质弹簧和一条细线拴接。小车在水平面上做直线运动的过程中，弹簧始终保持竖直状态，细线与竖直方向成α角。下列说法正确的是（）A．小车不可能做匀速运动 B．小车可能向右做减速运动 C．细绳有拉力时，弹簧一定有弹力 D．弹簧有弹力时，细绳可能没拉力（2023秋•乌鲁木齐期末）如图所示，物体的质量m＝5kg，与水平地面间的动摩擦因数μ＝0.2，在倾角θ＝37°，F＝50N的恒力作用下，由静止开始加速运动，当t＝5s时撤去F，（g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8）。求：（1）物体做加速运动时的加速度a。（2）撤去F后，物体还能滑行的时间t。【能力培优】（2023秋•乌兰察布期末）如图，在与水平方向成θ＝37°角斜向上，大小始终不变的拉力F＝6N作用下，质量为m＝1.1kg的物体（可视为质点）由静止开始从A点在水平面上做匀加速直线运动。到达B点（B点处轨道平滑连接）时撤去拉力F，物体沿倾角为θ＝37°足够长的斜面向上运动，已知lAB＝2m，物体与水平面和斜面间的动摩擦因数μ＝0.5。（设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，重力加速度g取10m/s2，不考虑物体在B点处速度大小的变化）（1）求物体从A点到B点经过的时间。（